TW201326836A - 用以量測電容元件間之電容差之方法及系統 - Google Patents

用以量測電容元件間之電容差之方法及系統 Download PDF

Info

Publication number
TW201326836A
TW201326836A TW101127819A TW101127819A TW201326836A TW 201326836 A TW201326836 A TW 201326836A TW 101127819 A TW101127819 A TW 101127819A TW 101127819 A TW101127819 A TW 101127819A TW 201326836 A TW201326836 A TW 201326836A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
node
switch
conductive material
phase
Prior art date
Application number
TW101127819A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI544219B (zh
Inventor
Der Plas Geert Van
Ken Sawada
Yuichi Miyamori
Ankur Anchlia
Abdelkarim Mercha
Original Assignee
Imec
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Imec, Sony Corp filed Critical Imec
Publication of TW201326836A publication Critical patent/TW201326836A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI544219B publication Critical patent/TWI544219B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2853—Electrical testing of internal connections or -isolation, e.g. latch-up or chip-to-lead connections

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

本發明揭示用於量測電容差之方法及系統。第一電容元件及第二電容元件連接於用以接收第一DC電壓及第二DC電壓之電壓接收節點與可分別經由一第一切換器及一第二切換器連接至一第三DC電壓之節點之間。在一第一階段中，施加一電壓差以對該等電容元件進行充電，且交替地閉合該等切換器。量測第一所得電流。在一第二階段中，交替地施加該第一DC電壓及該第二DC電壓，且交替地閉合該等切換器。量測第二所得電流。可依據該等第一所得電流及該等第二所得電流來判定電容差。

Description

用以量測電容元件間之電容差之方法及系統
本發明係關於一種用以量測電容元件之間之一電容差之方法及系統。
在諸多測試結構中使用量測電容來評定技術效能。然而，技術之按比例縮放已導致係為實際用於電路中之電容值之一減小。用以評定電容之匹配之當前方法不足以準確地量測與電路設計相關之極小電容(100 fF及遠低於100 fF)之差。
舉例而言，自Dennis Sylvester、James C.Chen等人之「Investigation of Interconnect Capacitance Characterization Using Charge-Based Capacitance Measurement(CBCM)Technique and Three-Dimensional Simulation」(IEEE JSSC 1998)知曉一種基於電荷之電容量測方法。雖然此方法能夠量測一電容器之絕對電容，但其準確度不足。
本發明之一目標係提供一種用以更準確地量測電容元件之間之一電容差之方法及系統。
根據本發明憑藉獨立技術方案之方法及系統來達成此目標。
根據本發明，如下量測一第一電容元件與一第二電容元件之間之一電容差。使用一第一DC電壓、不同於該第一DC電壓之一第二DC電壓及一第三DC電壓(舉例而言，接 地位準)。該第一電容元件連接於一第一節點與一第二節點之間，該第二節點可經由一第一切換器連接至該第三DC電壓。該第二電容元件連接於一第三節點與一第四節點之間，該第四節點可經由一第二切換器連接至該第三DC電壓(出於對稱性原因，該第二切換器與該第一切換器匹配)，且該第二節點與該第四節點可連接至彼此(例如，直接連接至彼此或可藉由又一切換器連接)。在量測之一第一階段中，將該第一DC電壓施加至該第一節點且將該第二DC電壓施加至該第三節點以對該等電容元件進行充電，且憑藉非重疊時脈信號交替地閉合該第一切換器及該第二切換器。量測流動穿過該第一切換器及該第二切換器中之至少一者(較佳地穿過兩者以達成經改良之準確度，但此並非係必不可少的)之第一所得電流。在量測之一第二階段中，將該第一DC電壓及該第二DC電壓交替地施加至該第一節點及該第三節點，以用以交替地對該等電容元件進行充電及放電，且在當閉合該第一切換器或該第二切換器時出現該第一DC電壓及該第二DC電壓之該等交替之例項下，憑藉該等非重疊時脈信號交替地閉合該第一切換器及該第二切換器。量測流動穿過該第一切換器及該第二切換器中之至少一者(較佳地穿過兩者，但此並非係必不可少的)之第二所得電流。可依據分別在該第一階段及該第二階段期間所量測之該等第一所得電流及該等第二所得電流來判定電容差。
根據本發明，首先藉由該量測設置之對稱性來達成準確 度：交替之差分電壓確保該第一節點及該第三節點上之該等電壓彼此匹配；且該等所匹配切換器確保可正確地消去此等切換器之寄生影響。
根據本發明，可進一步藉由該電路之電容(第一階段)及與該電容差一起之該電路之電容(第二階段)之該等單獨量測來達成該準確度。因此，可依據在該第一階段及該第二階段期間所量測之電流之一相減來簡單地判定該電容差。
在一實施例中，藉由將該第一DC電壓及該第二DC電壓交替地連接至供應該第一DC電壓之一第一DC電壓供應器及供應該第二DC電壓之一第二DC電壓供應器來將其交替地施加至該第一節點及該第三節點。在一實例中，該第一DC電壓供應器可係一晶片之Vdd且該第二DC電壓供應器可係接地位準。以此方式，可避免需要用以產生該第一電壓及該第二電壓之兩個單獨所匹配電壓供應器。
在一實施例中，憑藉一跨阻抗放大器或一積分器電路來量測該等第一電流及該等第二電流。此等量測構件係用於本發明之方法/系統之一晶片上實施方案之適合實例，但此並非係僅有的實例。
在一實施例中，藉由具有50%之一工作循環之互補時脈信號來執行該第一DC電壓及該第二DC電壓之交替，且用以操作該第一切換器及該第二切換器之該等非重疊時脈信號具有小於50%之一工作循環。較佳地，該等非重疊時脈信號具有大於40%之一工作循環以使該等信號之穩定時間最大化。
在一實施例中，憑藉設定為一第一組之值之該第一DC電壓、該第二DC電壓及該第三DC電壓來執行一第一量測且憑藉設定為不同於該第一組之值之一第二組之值之該第一DC電壓、該第二DC電壓及該第三DC電壓來執行一第二量測。舉例而言，此量測組合可用於提取該第一電容元件及/或該第二電容元件之一電壓相依行為。
在一實施例中，以該等交替及該等非重疊時脈信號之一第一頻率來執行一第一量測，且以該等交替及該等非重疊信號之一第二頻率來執行一第二量測，該第二頻率不同於該第一頻率。以不同頻率量測可增強量測之準確度。
在另一態樣中，本發明係關於一種用以量測一第一導電材料、一第二導電材料及一第三導電材料之間之一定位資訊之方法及系統，其中該第一導電材料及該第二導電材料形成一第一電容元件且該第二導電材料及該第三導電材料形成一第二電容元件。在一第一步驟中，可憑藉本文中所闡述之方法/系統來量測該第一電容元件與該第二電容元件之間之一電容差。在一第二步驟中，依據所量測電容差及該第一導電材料、該第二導電材料及該第三導電材料之材料參數來判定定位資訊。
將憑藉以下說明及附圖來進一步闡明本發明。
雖然將關於特定實施例並參考某些圖式闡述本發明，但本發明並不受該等實施例及該等圖式限制而是僅受申請專利範圍限制。所闡述圖式僅係示意性的且係非限制性的。 在圖式中，出於說明性目的，元件中之某些元件之大小可擴大且未按比例繪製。尺寸及相對尺寸未必對應於本發明之實踐之實際減小。
此外，在說明中及申請專利範圍中之術語第一、第二、第三及諸如此類用以將類似元件區分開且未必用以闡述一順序或時間次序。該等術語在適當情形下可互換，且本發明之實施例可以除本文中所闡述或所圖解說明之順序之外的順序來操作。
此外，在說明及申請專利範圍中之術語頂部、底部、在...上方、在...下方及諸如此類用於闡述性目的且未必用以闡述相對位置。如此使用之術語在適當情形下可互換，且本文中所闡述的本發明之實施例可以除本文中所闡述或所圖解說明之定向之外的定向來操作。
在申請專利範圍中所使用之術語「包括(comprising)」不應解釋為限於此後所列之構件；其不排除其他元件或步驟。雖然需要將其解釋為指定如所提及之所述特徵、整數、步驟或組件之存在，但不排除一或多個其他特徵、整數、步驟或組件、或其群組之存在或添加。因此，表達式「包括構件A及B之一裝置」之範疇不應限於僅由組件A及B組成之裝置。其意謂關於本發明，該裝置之僅有相關組件係A及B。
本發明之量測方法通常憑藉圖1及圖2來闡釋，圖1及圖2展示根據本發明之一量測設置之一實例及所施加信號。
如圖1中所展示，該設置包括用以供應兩個不同電壓之 電壓供應構件(由「Vcharge1」及「Vcharge2」表示)，該兩個不同電壓用於對電容元件進行充電及放電。該設置進一步包括：一第一節點N1及一第二節點N2，第一電容元件(通常由「受測試裝置」1、DUT1表示)可連接於該第一節點與該第二節點之間；及一第三節點N3及一第四節點N4，第二電容元件(通常由「受測試裝置」2、DUT2表示)可連接於該第三節點與該第四節點之間。第二節點N2可經由一第一切換器T1連接至接地GND，接地位準係本文中所定義「第三DC電壓」之一實例。第四節點N4可經由與第一切換器T1匹配之一第二切換器T2連接至接地。雖然第二節點N2及第四節點N4展示為直接連接至彼此，但其亦可憑藉(舉例而言)又一切換器來連接至彼此。電流量測構件經提供以用以量測在一第一量測階段及一第二量測階段中流動穿過第一切換器T1及第二切換器T2之電流I1、I2。可評估此等電流I1、I2以便判定電容差。
在圖2中展示所施加信號Vcharge1、Vcharge2及Vset1、Vset2。在該第一量測階段中，將一第一DC電壓Vhigh施加至第一節點N1且將一第二DC電壓Vlow施加至第三節點N3以對電容元件DUT1、DUT2進行充電。憑藉非重疊時脈信號Vset1、Vset2來交替地閉合第一切換器T1及第二切換器T2，且量測流動穿過該第一切換器及該第二切換器中之至少一者之第一所得電流(其中僅展示I1)。如所展示，在第一階段期間之第一所得電流I1包括在第一切換器T1之斷開/閉合時之電流峰值10、20。在第二階段中，藉由以一互 補方式使由電壓源Vcharge1、Vcharge2施加之電壓變化，將第一DC電壓Vhigh及第二DC電壓Vlow交替地施加至第一節點N1及第三節點N3。因此，對電容元件DUT1、DUT2交替地進行充電及放電。雖然以與第一階段期間相同之方式憑藉非重疊時脈信號(Vset1、Vset2)來閉合第一切換器T1及第二切換器T2，但現在控制整體以使得在閉合該第一切換器或該第二切換器時出現第一DC電壓Vhigh及第二DC電壓Vlow之交替。量測流動穿過該第一切換器T1及第二切換器T2中之至少一者之第二所得電流I1、I2。如所展示，第二階段期間之第二所得電流I1包括在切換器T1之斷開/閉合時之電流峰值10、20(亦即，與在第一階段中實質上相同之峰值)，且亦包括由憑藉兩個電壓源Vcharge1、Vcharge2交替第一電壓Vhigh及第二電壓Vlow產生之電流峰值30。
可藉由自在第二階段期間所量測之彼等電流減去在第一階段期間所量測之電流來判定電容差。如下，電流峰值30與電容差成比例： 其中△I係在第一階段及第二階段期間所量測之電流(亦即，峰值30)間之差；△V係Vhigh及Vlow間之電壓差；f係非重疊時脈及交替之頻率。
匹配電壓供應器Vcharge1、Vcharge2。較佳地，選擇具有一充分低輸出阻抗之電壓供應器Vcharge1、Vcharge2以避免影響量測。更特定而言，該阻抗可經選擇以使得Vcharge節點之穩定比量測之週期快得多。此對應於Cvchargenode*Rvcharge<<量測之週期(至少小9/10)。對於一10 ns(100 MHz)之週期，此至多係1 ns，或對於10 pF，寄生小於100 Ohm。鬆弛該頻率按比例鬆弛此阻抗，此同樣適用於當減小寄生電容時之情形。
在替代實施例中，亦可使用一單個電壓供應器及用以將第一節點及第三節點交替地連接至此單個電壓供應器及接地之若干切換器。
設置之另一約束係，Vcharge1與Vcharge2之間之相對匹配較佳地比相對△C好。對於一個0.1%匹配，一個1 V Vcharge擺動較佳地準確高達1mV。
圖3展示來自本發明之方法/系統之一第一可能應用(用以量測兩個電容元件之間之電容失配△C)之量測結果。在所展示之實例中，DUT1=20 fF，DUT2=20 fF+△C，輸入信號之上升/下落時間係100 ps且將輸出NMOS切換器T1及T2經定大小為L/W=300 nm/1 μm(註：該定大小取決於技術，特定而言，氧化物厚度；此處使用0.18 μm類型之裝置)。給出所量測△C係相對於實際△C來陳述的。舉例而言，在△C=100 aF時，達成3.5%之一準確度。此展示可憑藉本發明之方法/系統達成之準確度。
圖4展示本發明之方法/系統之一第二可能應用：一對準 監視器。此處，量測一局部互連件LI1之兩個部分與中間之一聚乙烯部分(poly part)P之間之邊緣電容以偵測在聚乙烯P之任一側上之距離是相同還是在一期望之差下。在聚乙烯P之任一側上所展示之錐形部分係由處理產生之一間隔件，且聚乙烯P與局部互連部分LI1之間之白色空間係一電介質。其中此技術有用之另一實例係雙重圖案化。原理每次皆相同，在一側相對於另一側之邊緣電容之間所量測之一電容差與距離上之一失配成比例，此可係有意或無意的。
亦可出於校準目的而使用有意失配。舉例而言，在同一晶圓上，可使得所匹配及有意(已知)失配之電容展示電容相對於電流之相依性。可藉由取諸多樣本之平均值而達成此校準。取平均值確保發現有意失配而非一單個樣本之隨機失配。
圖1之量測設置之切換器T1、T2經選擇而相對於電容元件DUT1、DUT2之預期電容係為一適當大小。可藉由模擬來判定一適當大小。下文表1給出某些適當值之一概述。
圖5展示一晶片上電容監視系統之一實施例，該晶片上電容監視系統可(舉例而言)用於監視兩個MEMS元件相對於一參考之相對位置(例如，參見下文闡述之圖7)。使用一參考電壓來產生第一DC電壓Vhigh及第二DC電壓Vlow，此處係Vdd及GND。經由一切換區塊將此等電壓施加至根據本發明之一基於差分電荷之電容量測(DCBCM)區塊。一時脈產生器產生用以在該DCBCM區塊之輸入節點N1、N3處的Vdd與GND之間之交替切換之信號及用以控制此區塊中之切換器T1、T2之非重疊時脈信號。藉由一放大器(舉例而言，一TIA)將所得所量測電流I1、I2放大，且將經放大信號饋送至一偵測器以用以評估。該偵測器輸出表示所量測電容差之一電壓。
該時脈產生器具有作為參考輸入之一振盪器，該振盪器可憑藉一參考頻率及一鎖相環路而設定為一適合頻率(例如，10 MHz至100 MHz)。在一實施例中，可改變頻率以在不同頻率下實現量測且進一步增強準確度。切換器T1、T2之非重疊時脈信號之工作循環小於Vcharge1、Vcharge2電壓之工作循環(50%)，例如，係48%。
該時脈產生器可係基於延遲的(亦即，施加固定延遲)以獲得四個不同切換信號。
該時脈產生器亦可係基於分配器的(亦即，施加一固定工作循環)以獲得四個不同切換信號。
舉例而言，Vcharge1、Vcharge2電壓可係：+1/0 V或+1/-1 V。在一實施例中，可施加不同電壓以獲得電容元件 之一電壓相依行為。
圖5中所展示之系統係一實例而非僅有之解決方案。舉例而言，亦可使用一積分器電路替代一TIA。偵測器亦可輸出一時間(當電容差達到一特定值時)等。
圖6展示時脈產生器之一可能電路實施方案。一正交時脈分配器可用於自一主時脈CLK及其互補時鐘信號產生相對於彼此移位25%相位之四個時脈信號。如所展示，此等時脈信號中之兩者形成用以切換Vcharge1及Vcharge2之時脈信號，且另外兩者V2及V4用於產生用於切換器T1、T2之非重疊時脈信號。一延遲(與一AND「及」閘極一起使用，其中該經延遲信號與原始信號組合。該延遲設定所輸出信號Phi1、Phi2(=Vset1、Vset2)之工作循環。
圖7展示根據本發明之一實施例之一MEMS應用之一實例，其可(舉例而言)用於一平行板致動器(舉例而言，參見Joseph I.Seeger等人之「Dynamics And Control Of Parallel-Plate Actuators Beyond The Electrostatic Instability」(第十屆固態感測器及致動器國際會議(International Conference on Solid-State Sensors and Actuators))，1999，第474頁至第477頁)或一陀螺儀感測器(舉例而言，參見美國專利第5353656號)中。MEMS裝置具有攜載一固定電極之一固定部件及攜載第一可移動電極及第二可移動電極之一可移動部件，因此，該等可移動電極可相對於該固定電極在一或多個方向△x、△y、△z上移動。該固定電極及該第一可移動電極形成一第一電容DUT1且該固定電極及該第 二可移動電極形成一第二電容DUT2。藉由使用憑藉本文中所闡述之方法量測該等電容之失配，可偵測到可移動部件之移位。
該裝置可(舉例而言)係可藉由偵測結構之可移動部件之振動而產生一基帶(特定頻率)電信號之一振動MEMS裝置。在一陀螺儀感測器中，此可用於偵測一角速度。
該裝置可(舉例而言)用於藉由偵測在可移動部件(在此情形中，該可移動部件連接至一致動器)之位置中之移位來控制該致動器之一位置。
圖8圖解說明其中可依據一所量測電容失配△C來判定位置資訊之一方式。考量圖3之結構。圖8之曲線圖上之頂部曲線係當在矽上線如所繪製完全印刷於遮罩上(亦即，P層與LI1層之間之對準誤差係零)時將量測之△C信號。藉由將一組對準結構添加於相同基板上(有意地將該等對準結構以不同距離(例如，-3n、0n、3n、5n)未對準)，可提取存在於矽上之實際未對準。舉例而言，若P(聚乙烯)相對於LI1(局部互連件1)之印刷相對於遮罩(如所繪製)未對準-3n，則在意欲(如所繪製)極佳地對準之0n結構上量測底部曲線，且在意欲(如所繪製)未對準達3n之3n結構上量測一零△C。曲線之移位表示對準誤差。對準誤差可在△C曲線與零交叉處讀出對準誤差。
圖9展示用以量測一第一電容元件(DUT1)與一第二電容元件(DUT2)之間之一電容差(△C)之一方法之一替代實施例。測試結構與圖1之情形中實質上相同。然而，控制不 同：此處，由交替電壓替換圖2之階段1中所施加之穩定電壓，該等交替電壓與在階段2中一樣在Vhigh與Vlow之間交替但經反轉180°。在階段2中，該等交替電壓與圖2之階段2中相同或實質上相同。已發現，憑藉階段1中之此等波形或交替電壓，可更精確地量測MOS電容失配。此乃因此等波形有效地使所施加VDD加倍。
10‧‧‧電流峰值
20‧‧‧電流峰值
30‧‧‧電流峰值
CLK‧‧‧主時脈
DUT1‧‧‧第一電容元件/受測試裝置/第一電容/電容元件
DUT2‧‧‧第二電容元件/受測試裝置/第二電容/電容元件
GND‧‧‧第三直流電壓/接地/接地電壓位準
I1‧‧‧電流/第一所得電流/第二所得電流
I2‧‧‧電流/第一所得電流/第二所得電流
LI1‧‧‧局部互連件
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
N3‧‧‧第三節點
N4‧‧‧第四節點
P‧‧‧聚乙烯部件/聚乙烯
Phi1‧‧‧所輸出信號
Phi2‧‧‧所輸出信號
T1‧‧‧第一切換器/切換器
T2‧‧‧第二切換器/切換器
V2‧‧‧時脈信號
V4‧‧‧時脈信號
Vcharge1‧‧‧電壓源/電壓供應器/所施加信號/電壓供應構件
Vcharge2‧‧‧電壓源/電壓供應器/所施加信號/電壓供應構件
Vhigh‧‧‧第一直流電壓/第一電壓
Vlow‧‧‧第二直流電壓/第二電壓
Vset1‧‧‧非重疊時脈信號/所施加信號
Vset2‧‧‧非重疊時脈信號/所施加信號
τ‧‧‧延遲
△C‧‧‧電容差/電容失配
△x‧‧‧方向
△y‧‧‧方向
△z‧‧‧方向
圖1展示根據本發明之一測試結構之一實施例之一示意性表示。
圖2展示對圖1之測試結構之控制及量測。
圖3展示來自本發明之方法/系統之一第一可能應用(用以量測兩個電容元件之間之電容失配△C)之量測結果。
圖4展示本發明之方法/系統之一第二可能應用：一對準監視器。
圖5展示一晶片上電容監視系統之一實施例。
圖6展示用於圖5之系統中所使用之時脈產生器之一可能電路實施方案。
圖7展示(a)一側視圖及(b)一可能MEMS應用之一俯視圖。
圖8展示一圖表，憑藉該圖表可依據一所量測電容失配△C來判定位置資訊。
圖9展示根據本發明之一測試結構及其控制之一替代實施例。
DUT1‧‧‧第一電容元件/受測試裝置/第一電容/電容元件
DUT2‧‧‧第二電容元件/受測試裝置/第二電容/電容元件
GND‧‧‧第三直流電壓/接地/接地電壓位準
I1‧‧‧電流/第一所得電流/第二所得電流
I2‧‧‧電流/第一所得電流/第二所得電流
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
N3‧‧‧第三節點
N4‧‧‧第四節點
T1‧‧‧第一切換器/切換器
T2‧‧‧第二切換器/切換器
Vcharge1‧‧‧電壓源/電壓供應器/所施加信號/電壓供應構件
Vcharge2‧‧‧電壓源/電壓供應器/所施加信號/電壓供應構件
Vset1‧‧‧非重疊時脈信號/所施加信號
Vset2‧‧‧非重疊時脈信號/所施加信號
△C‧‧‧電容差/電容失配

Claims (23)

  1. 一種用以量測一第一電容元件(DUT1)與一第二電容元件(DUT2)之間之一電容差(△C)之方法，該方法包括以下步驟：提供一第一DC電壓(Vhigh)、不同於該第一DC電壓之一第二DC電壓(Vlow)及一第三DC電壓(GND)；將該第一電容元件(DUT1)連接於一第一節點(N1)與一第二節點(N2)之間，該第二節點可經由一第一切換器(T1)連接至該第三DC電壓(GND)；將該第二電容元件(DUT2)連接於一第三節點(N3)與一第四節點(N4)之間，該第四節點可經由與該第一切換器匹配之一第二切換器(T2)連接至該第三DC電壓(GND)，且該第二節點(N2)及該第四節點(N4)可連接至彼此；在一第一階段中：將該第一DC電壓(Vhigh)施加至該第一節點(N1)且將該第二DC電壓(Vlow)施加至該第三節點(N3)以對該等電容元件(DUT1、DUT2)進行充電；憑藉非重疊時脈信號(Vset1、Vset2)交替地閉合該第一切換器(T1)及該第二切換器(T2)且量測流動穿過該第一切換器(T1)及該第二切換器(T2)中之至少一者之第一所得電流(I1、I2)；在一第二階段中：將該第一DC電壓(Vhigh)及該第二DC電壓(Vlow)交替地施加至該第一節點(N1)及該第三節點(N3)，以用 以對該等電容元件(DUT1、DUT2)交替地進行充電及放電；在當閉合該第一切換器或該第二切換器時出現該第一DC電壓(Vhigh)及該第二DC電壓(Vlow)之該等交替之例項下，憑藉該等非重疊時脈信號來交替地閉合該第一切換器(T1)及該第二切換器(T2)，且量測流動穿過該第一切換器(T1)及該第二切換器(T2)中之至少一者之第二所得電流(I1、I2)；依據分別在該第一階段及該第二階段期間所量測之該等第一及第二所得電流(I1、I2)判定該電容差(△C)。
  2. 如請求項1之方法，其中藉由將該第一節點(N1)及該第三節點(N3)交替地連接至供應該第一DC電壓之一第一DC電壓供應器及供應該第二DC電壓之一第二DC電壓供應器來將該第一DC電壓(Vhigh)及該第二DC電壓(Vlow)交替地施加至該第一節點(N1)及該第三節點(N3)。
  3. 如請求項1或2之方法，其中憑藉一跨阻抗放大器來量測該等第一電流及該等第二電流中之至少一者。
  4. 如請求項1或2之方法，其中憑藉一積分器電路來量測該等第一電流及該等第二電流中之至少一者。
  5. 如請求項1或2之方法，其中藉由具有50%之一工作循環之互補時脈信號來執行該第一DC電壓及該第二DC電壓之該交替，且用以操作該第一切換器(T1)及該第二切換器(T2)之該等非重疊時脈信號(Vset1、Vset2)具有小於50%之一工作循環。
  6. 如請求項5之方法，其中該等非重疊時脈信號(Vset1、Vset2)具有大於40%之一工作循環。
  7. 如請求項1或2之方法，其中該第三DC電壓係一接地電壓位準(GND)。
  8. 如請求項1或2之方法，其中憑藉設定為一第一組之值之該第一DC電壓、該第二DC電壓及該第三DC電壓來執行一第一量測，且憑藉設定為不同於該第一組之值之一第二組之值之該第一DC電壓、該第二DC電壓及該第三DC電壓來執行一第二量測。
  9. 如請求項1或2之方法，其中以該等交替及該等非重疊時脈信號之一第一頻率來執行一第一量測且以該等交替及該等非重疊時脈信號之一第二頻率來量測一第二量測，該第二頻率不同於該第一頻率。
  10. 如請求項1或2之方法，其中在該第一階段中，以相對於該第二階段反轉180°之一方式將該第一DC電壓(Vhigh)及該第二DC電壓(Vlow)交替地施加至該第一節點(N1)及該第三節點(N3)。
  11. 一種用以量測一第一導電材料、一第二導電材料及一第三導電材料之間之一位置資訊之方法，其中該第一導電材料及該第二導電材料形成一第一電容元件且該第二導電材料及該第三導電材料形成一第二電容元件，該方法包括：憑藉請求項1至10中任一項之方法來量測該第一電容元件與該第二電容元件之間之一電容差之一第一步驟；及依據該所量測電容差及該第一導電材料、該第二 導電材料及該第三導電材料之材料參數來判定該位置資訊之一第二步驟。
  12. 一種用以量測一第一電容元件(DUT1)與一第二電容元件(DUT2)之間之一電容差(△C)之系統，該系統包括以下組件：電壓供應構件，其經提供以用以供應一第一DC電壓(Vhigh)、不同於該第一DC電壓之一第二DC電壓(Vlow)及一第三DC電壓(GND)；一第一節點(N1)及一第二節點(N2)，該第一電容元件(DUT1)可連接於該第一節點(N1)與該第二節點(N2)之間，該第二節點(N2)可經由一第一切換器(T1)連接至該第三DC電壓(GND)；一第三節點(N3)及一第四節點(N4)，該第二電容元件(DUT2)可連接於該第三節點(N3)與該第四節點(N4)之間，該第四節點(N4)可經由與該第一切換器(T1)匹配之一第二切換器(T2)連接至該第三DC電壓(GND)，且該第二節點(N2)與該第四節點(N4)可連接至彼此；該等電壓供應構件經提供以用以在一第一階段中將該第一DC電壓(Vhigh)施加至該第一節點(N1)且將該第二DC電壓(Vlow)施加至該第三節點(N3)以對該等電容元件(DUT1、DUT2)進行充電，且在一第二階段中將該第一DC電壓(Vhigh)及該第二DC電壓(Vlow)交替地施加至該第一節點(N1)及該第三節點(N3)以用以對該等電容元件(DUT1、DUT2)交替地進行充電及放電； 一控制器，其經提供以用以產生用以在該第一階段及該第二階段中交替地閉合該第一切換器(T1)及該第二切換器(T2)之非重疊時脈信號(Vset1、Vset2)，且用以在當閉合該第一切換器或該第二切換器時出現該第一DC電壓(Vhigh)及該第二DC電壓(Vlow)之交替之例項下於該第二階段中控制此等交替；量測構件，其用以量測在該第一階段中流動穿過該第一切換器及該第二切換器中之至少一者之第一所得電流(I1、I2)，及在該第二階段期間流動穿過該第一切換器及該第二切換器中之至少一者之第二所得電流(I1、I2)；及評估構件，其用以依據分別在該第一階段及該第二階段期間所量測之該等第一所得電流及該等第二所得電流來判定該電容差(△C)。
  13. 如請求項12之系統，其中該等電壓供應構件包括用以將該第一節點(N1)及該第三節點(N3)交替地連接至供應該第一DC電壓之一第一DC電壓供應器及供應該第二DC電壓之一第二DC電壓供應器之切換器。
  14. 如請求項12或13之系統，其中用以量測該等第一電流及該等第二電流中之至少一者之該等量測構件包括一跨阻抗放大器。
  15. 如請求項12或13之系統，其中用以量測該等第一電流及該等第二電流中之至少一者之該等量測構件包括一積分器電路。
  16. 如請求項12或13之系統，其中該控制器包括一時脈產生器，該時脈產生器經提供以用以產生用於該第一DC電壓及該第二DC電壓之該交替之具有50%之一工作循環之互補時鐘信號，且用以產生用以操作該第一切換器(T1)及該第二切換器(T2)之具有小於50%之一工作循環之該等非重疊時脈信號(Vset1、Vset2)。
  17. 如請求項16之系統，其中該時脈產生器經提供以用以產生具有大於40%之一工作循環之該等非重疊時脈信號(Vset1、Vset2)。
  18. 如請求項12或13之系統，其中該第三DC電壓係一接地電壓位準(GND)。
  19. 如請求項12或13之系統，其中該控制器經提供以用以憑藉設定為一第一組之值之該第一DC電壓、該第二DC電壓及該第三DC電壓來控制一第一量測且憑藉設定為不同於該第一組之值之一第二組之值之該第一DC電壓、該第二DC電壓及該第三DC電壓來控制一第二量測。
  20. 如請求項12或13之系統，其中該控制器經提供以用以以該等交替及該等非重疊時脈信號之一第一頻率控制一第一量測且以該等交替及該等非重疊時脈信號之一第二頻率控制一第二量測，該第二頻率不同於該第一頻率。
  21. 如請求項12或13之系統，其中該等組件皆製作於同一半導體基板上。
  22. 如請求項12或13之系統，其中該等電壓供應構件經提供以用以在該第一階段中以相對於該第二階段反轉180°之 一方式將該第一DC電壓(Vhigh)及該第二DC電壓(Vlow)交替地施加至該第一節點(N1)及該第三節點(N3)。
  23. 一種用以量測一第一導電材料、一第二導電材料及一第三導電材料之間之一位置資訊之系統，其中該第一導電材料及該第二導電材料形成一第一電容元件且該第二導電材料及該第三導電材料形成一第二電容元件，該系統包括：一第一部件，該第一部件係用以量測該第一電容元件與該第二電容元件之間之一電容差之如請求項11至20中任一項之一電容差量測系統；及一第二部件，該第二部件經提供以用以依據所量測電容差及該第一導電材料、該第二導電材料及該第三導電材料之材料參數而判定該位置資訊。
TW101127819A 2011-12-23 2012-08-01 用以量測電容元件間之電容差之方法及系統 TWI544219B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11195723 2011-12-23
PCT/EP2012/062652 WO2013091909A1 (en) 2011-12-23 2012-06-28 Method and system for measuring capacitance difference between capacitive elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201326836A true TW201326836A (zh) 2013-07-01
TWI544219B TWI544219B (zh) 2016-08-01

Family

ID=46582666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101127819A TWI544219B (zh) 2011-12-23 2012-08-01 用以量測電容元件間之電容差之方法及系統

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9411000B2 (zh)
EP (1) EP2795350B1 (zh)
CN (1) CN104169728B (zh)
TW (1) TWI544219B (zh)
WO (1) WO2013091909A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10782330B2 (en) 2016-02-01 2020-09-22 Sony Corporation Semiconductor integrated circuit and signal processing method
TWI778745B (zh) * 2021-08-12 2022-09-21 京元電子股份有限公司 電容量測系統、量測電路及計算裝置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2795350B1 (en) 2011-12-23 2015-11-25 Imec Method and system for measuring capacitance difference between capacitive elements
CN103675469B (zh) * 2013-12-31 2016-04-13 西安兴汇电力科技有限公司 一种高压线路分布电容测量装置及其测量方法
US9853655B1 (en) * 2017-03-01 2017-12-26 Infineon Technologies Ag Testing a capacitor array by delta charge
CN106802372B (zh) * 2017-03-15 2019-06-14 圣邦微电子（北京）股份有限公司 一种检测电容容值变化的方法
EP4339628A1 (en) * 2022-09-19 2024-03-20 STMicroelectronics S.r.l. Measurement system, related integrated circuit and method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4054833A (en) * 1976-06-11 1977-10-18 Setra Systems, Inc. Capacitance measuring system
US4187459A (en) * 1978-02-13 1980-02-05 Automatic Systems Laboratories Limited Digital measurement of impedance ratios
DE3143114A1 (de) * 1980-11-07 1982-07-15 Mestra AG, 4153 Reinach Verfahren und schaltung zur messung von kapazitaeten
FR2584822B1 (fr) * 1985-07-09 1988-06-17 Thomson Csf Dispositif de mesure du rapport de deux capacites de faibles valeurs
CN1009031B (zh) * 1988-10-06 1990-08-01 黄松明 差动电容测量电路及多量程电容测量仪
US5353656A (en) 1992-08-18 1994-10-11 Satcon Technology Corporation Electrostatically controlled micromechanical gyroscope
US6838869B1 (en) * 2001-04-02 2005-01-04 Advanced Micro Devices, Inc. Clocked based method and devices for measuring voltage-variable capacitances and other on-chip parameters
DE10143034B4 (de) * 2001-09-01 2004-11-11 Infineon Technologies Ag Vorrichtung zum Messen von Störkapazitäten auf einer integrierten Schaltung
JP4310695B2 (ja) * 2004-03-30 2009-08-12 アイシン精機株式会社 静電容量変化検出装置
DE102005028507B3 (de) * 2005-06-17 2006-11-30 Texas Instruments Deutschland Gmbh Verfahren zur Kapazitäts-Spannungs-Wandlung und Kapazitäts-Spannungs-Wandler
US7129712B1 (en) 2005-10-24 2006-10-31 Sun Microsystems, Inc. Attofarad capacitance measurement
JP4325638B2 (ja) * 2006-04-26 2009-09-02 オムロンヘルスケア株式会社 脈波測定装置
CN101672876A (zh) * 2008-09-12 2010-03-17 盛群半导体股份有限公司 电容量测电路及方法
CN102193032A (zh) * 2010-03-08 2011-09-21 上海海栎创微电子有限公司 一种具有高精度高稳定性的自电容变化测量电路
EP2795350B1 (en) 2011-12-23 2015-11-25 Imec Method and system for measuring capacitance difference between capacitive elements

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10782330B2 (en) 2016-02-01 2020-09-22 Sony Corporation Semiconductor integrated circuit and signal processing method
TWI778745B (zh) * 2021-08-12 2022-09-21 京元電子股份有限公司 電容量測系統、量測電路及計算裝置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2795350B1 (en) 2015-11-25
EP2795350A1 (en) 2014-10-29
US20140372057A1 (en) 2014-12-18
CN104169728A (zh) 2014-11-26
WO2013091909A1 (en) 2013-06-27
US9411000B2 (en) 2016-08-09
CN104169728B (zh) 2016-11-23
TWI544219B (zh) 2016-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI544219B (zh) 用以量測電容元件間之電容差之方法及系統
US6501282B1 (en) Highly sensitive capacitance comparison circuit
US10067173B2 (en) Method for sensor readout with redundancy-checking
TWI585370B (zh) 具有自我測試能力之電容式微機電感測器
CN107231596B (zh) 电容性传感器测试
JP6592402B2 (ja) 生体分子計測装置
JP2009097932A (ja) 容量型検出装置
US9389259B2 (en) Capacitance measurement of high voltage device
WO2015128922A1 (ja) 容量式物理量検出装置
US9372217B2 (en) Cable detector
TW201732302A (zh) 圖像感測器電源供應雜訊偵測
US10698035B2 (en) Circuit arrangement and method for determining the impedance of a test battery
RU2625440C2 (ru) Детектор элементов каркаса со схемой регулирования
JP3819323B2 (ja) ホール素子及び電気量測定装置
US6856143B2 (en) System and method for measuring a capacitance of a conductor
Denison et al. Feedback loop design for an electrostatic voltmeter
Andrade-Miceli et al. Circuit considerations and design for MEMS capacitance measurements
TWI559232B (zh) 指紋感測器的感測方法及電路
JP2020180864A (ja) 電極装置、半導体装置、及び、半導体システム
Meng Advanced RC Phase Delay Capacitive Sensor Interface Circuits for MEMS
Manninen et al. Null detector and AC voltage reference based on MEMS
Di Cataldo et al. CMOS interface for differential capacitive transducers